# Exception 和 Error 在 Java 中的基本理念是 `结构不佳的代码不能运行`，发现错误的理想时期是在编译期间，因为你不用运行程序，只是凭借着对 Java 基本理念的理解就能发现问题。但是编译期并不能找出所有的问题，有一些 NullPointerException 和 ClassNotFoundException 在编译期找不到，这些异常是 RuntimeException 运行时异常，这些异常往往在运行时才能被发现。 我们写 Java 程序经常会出现两种问题，一种是 java.lang.Exception ，一种是 java.lang.Error，都用来表示出现了异常情况，下面就针对这两种概念进行理解。 ## 认识 Exception `Exception` 位于 `java.lang` 包下，它是一种顶级接口，继承于 `Throwable` 类，Exception 类及其子类都是 Throwable 的组成条件，是程序出现的合理情况。 在认识 Exception 之前，有必要先了解一下什么是 `Throwable`。 ### 什么是 Throwable Throwable 类是 Java 语言中所有`错误(errors)`和`异常(exceptions)`的父类。只有继承于 Throwable 的类或者其子类才能够被抛出，还有一种方式是带有 Java 中的 `@throw` 注解的类也可以抛出。 在[Java规范](https://docs.oracle.com/javase/specs/jls/se9/html/jls-11.html#jls-11.1.1)中，对非受查异常和受查异常的定义是这样的： > The *unchecked exception classes* are the run-time exception classes and the error classes. > The *checked exception classes* are all exception classes other than the unchecked exception classes. That is, the checked exception classes are `Throwable` and all its subclasses other than `RuntimeException` and its subclasses and `Error`and its subclasses. 也就是说，除了 `RuntimeException` 和其子类，以及`error`和其子类，其它的所有异常都是 `checkedException`。 那么，按照这种逻辑关系，我们可以对 Throwable 及其子类进行归类分析  可以看到，Throwable 位于异常和错误的最顶层，我们查看 Throwable 类中发现它的方法和属性有很多，我们只讨论其中几个比较常用的 ```java // 返回抛出异常的详细信息 public string getMessage(); public string getLocalizedMessage(); //返回异常发生时的简要描述 public public String toString()； // 打印异常信息到标准输出流上 public void printStackTrace(); public void printStackTrace(PrintStream s); public void printStackTrace(PrintWriter s) // 记录栈帧的的当前状态 public synchronized Throwable fillInStackTrace(); ``` 此外，因为 Throwable 的父类也是 `Object`，所以常用的方法还有继承其父类的`getClass()` 和 `getName()` 方法。 ### 常见的 Exception 下面我们回到 Exception 的探讨上来，现在你知道了 Exception 的父类是 Throwable，并且 Exception 有两种异常，一种是 `RuntimeException` ；一种是 `CheckedException`，这两种异常都应该去`捕获`。 下面列出了一些 Java 中常见的异常及其分类，这块面试官也可能让你举出几个常见的异常情况并将其分类 RuntimeException | 序号 | 异常名称 | 异常描述 | | ---- | ------------------------------ | ---------------- | | 1 | ArrayIndexOutOfBoundsException | 数组越界异常 | | 2 | NullPointerException | 空指针异常 | | 3 | IllegalArgumentException | 非法参数异常 | | 4 | NegativeArraySizeException | 数组长度为负异常 | | 5 | IllegalStateException | 非法状态异常 | | 6 | ClassCastException | 类型转换异常 | UncheckedException | 序号 | 异常名称 | 异常描述 | | ---- | ---------------------- | -------------------------------- | | 1 | NoSuchFieldException | 表示该类没有指定名称抛出来的异常 | | 2 | NoSuchMethodException | 表示该类没有指定方法抛出来的异常 | | 3 | IllegalAccessException | 不允许访问某个类的异常 | | 4 | ClassNotFoundException | 类没有找到抛出异常 | ### 与 Exception 有关的 Java 关键字 那么 Java 中是如何处理这些异常的呢？在 Java 中有这几个关键字 **throws、throw、try、finally、catch** 下面我们分别来探讨一下 #### throws 和 throw 在 Java 中，异常也就是一个对象，它能够被程序员自定义抛出或者应用程序抛出，必须借助于 `throws` 和 `throw` 语句来定义抛出异常。 throws 和 throw 通常是成对出现的，例如 ```java static void cacheException() throws Exception{ throw new Exception(); } ``` throw 语句用在方法体内，表示抛出异常，由方法体内的语句处理。 throws 语句用在方法声明后面，表示再抛出异常，由该方法的调用者来处理。 throws 主要是声明这个方法会抛出这种类型的异常，使它的调用者知道要捕获这个异常。 throw 是具体向外抛异常的动作，所以它是抛出一个异常实例。 #### try 、finally 、catch 这三个关键字主要有下面几种组合方式 **try...catch 、try...finally、try...catch...finally**。 try...catch 表示对某一段代码可能抛出异常进行的捕获，如下 ```java static void cacheException() throws Exception{ try { System.out.println("1"); }catch (Exception e){ e.printStackTrace(); } } ``` try...finally 表示对一段代码不管执行情况如何，都会走 finally 中的代码 ```java static void cacheException() throws Exception{ for (int i = 0; i = 0){ os.write(buf,n,0); } }finally { os.close(); } }finally { is.close(); } } ``` 这样感觉这个方法已经变得臃肿起来了。 而且这种写法也存在诸多问题，即使 try - finally 能够正确关闭资源，但是它不能阻止异常的抛出，因为 try 和 finally 块中都可能有异常的发生。 比如说你正在读取的时候硬盘损坏，这个时候你就无法读取文件和关闭资源了，此时会抛出两个异常。但是在这种情况下，第二个异常会抹掉第一个异常。在异常堆栈中也无法找到第一个异常的记录，怎么办，难道像这样来捕捉异常么？ ```java static void tryThrowException(String path) throws Exception { BufferedReader br = new BufferedReader(new FileReader(path)); try { String s = br.readLine(); System.out.println("s = " + s); }catch (Exception e){ e.printStackTrace(); }finally { try { br.close(); }catch (Exception e){ e.printStackTrace(); }finally { br.close(); } } } ``` 这种写法，虽然能解决异常抛出的问题，但是各种 try-cath-finally 的嵌套会让代码变得非常臃肿。 Java7 中引入了`try-with-resources` 语句时，所有这些问题都能得到解决。要使用 try-with-resources 语句，首先要实现 `AutoCloseable` 接口，此接口包含了单个返回的 close 方法。Java 类库与三方类库中的许多类和接口，现在都实现或者扩展了 AutoCloseable 接口。如果编写了一个类，它代表的是必须关闭的资源，那么这个类应该实现 AutoCloseable 接口。 java 引入了 try-with-resources 声明，将 try-catch-finally 简化为 try-catch，这其实是一种`语法糖`，在编译时会进行转化为 try-catch-finally 语句。 下面是使用 try-with-resources 的第一个范例 ```java /** * 使用try-with-resources 改写示例一 * @param path * @return * @throws IOException */ static String firstLineOfFileAutoClose(String path) throws IOException { try(BufferedReader br = new BufferedReader(new FileReader(path))){ return br.readLine(); } } ``` 使用 try-with-resources 改写程序的第二个示例 ```java static void copyAutoClose(String src,String dst) throws IOException{ try(InputStream in = new FileInputStream(src); OutputStream os = new FileOutputStream(dst)){ byte[] buf = new byte[1000]; int n; while ((n = in.read(buf)) >= 0){ os.write(buf,0,n); } } } ``` 使用 try-with-resources 不仅使代码变得通俗易懂，也更容易诊断。以`firstLineOfFileAutoClose`方法为例，如果调用 `readLine() `和 `close()` 方法都抛出异常，后一个异常就会被禁止，以保留第一个异常。 ### 异常处理的原则 我们在日常处理异常的代码中，应该遵循三个原则 * 不要捕获类似 `Exception` 之类的异常，而应该捕获类似特定的异常，比如 `InterruptedException`，方便排查问题，而且也能够让其他人接手你的代码时，会减少骂你的次数。 * 不要生吞异常。这是􏲾异常处理中要特别注重􏱸的事情，因为很可能会􏱓􏱠非常难以􏰰􏰱正常􏳶􏲾结束情况。如果我们不把􏲾异常抛􏲏出来，或者也没有输􏳹出到 􏰩􏱥􏰛Logger􏰜 日志中，程序可能会在后面以不可控的方式结束。 * 不要在函数式编程中使用 `checkedException`。 ## 什么是 Error Error 是程序无法处理的错误，表示运行应用程序中较严重问题。大多数错误与代码编写者执行的操作无关，而表示代码运行时 JVM（Java 虚拟机）出现的问题。这些错误是不可检查的，因为它们在应用程序的控制和处理能力之 外，而且绝大多数是程序运行时不允许出现的状况，比如 `OutOfMemoryError` 和 `StackOverflowError`异常的出现会有几种情况，这里需要先介绍一下 Java 内存模型 JDK1.7。  其中包括两部分，**由所有线程共享的数据区和线程隔离的数据区**组成，在上面的 Java 内存模型中，**只有程序计数器**是不会发生 `OutOfMemoryError` 情况的区域，程序计数器控制着计算机指令的分支、循环、跳转、异常处理和线程恢复，并且程序计数器是每个线程私有的。 >什么是线程私有：表示的就是各条线程之间互不影响，独立存储的内存区域。 如果应用程序执行的是 Java 方法，那么这个计数器记录的就是`虚拟机字节码`指令的地址；如果正在执行的是 `Native` 方法，这个计数器值则为`空(Undefined)`。 除了程序计数器外，其他区域：`方法区(Method Area)`、`虚拟机栈(VM Stack)`、`本地方法栈(Native Method Stack)` 和 `堆(Heap)` 都是可能发生 OutOfMemoryError 的区域。 * 虚拟机栈：如果线程请求的栈深度大于虚拟机栈所允许的深度，将会出现 `StackOverflowError` 异常；如果虚拟机动态扩展无法申请到足够的内存，将出现 `OutOfMemoryError`。 * 本地方法栈和虚拟机栈一样 * 堆：Java 堆可以处于物理上不连续，逻辑上连续，就像我们的磁盘空间一样，如果堆中没有内存完成实例分配，并且堆无法扩展时，将会抛出 OutOfMemoryError。 * 方法区：方法区无法满足内存分配需求时，将抛出 OutOfMemoryError 异常。 ## 一道经典的面试题 一道非常经典的面试题，**NoClassDefFoundError 和 ClassNotFoundException 有什么区别**？ 在类的加载过程中， JVM 或者 ClassLoader 无法找到对应的类时，都可能会引起这两种异常/错误，由于不同的 ClassLoader 会从不同的地方加载类，有时是错误的 CLASSPATH 类路径导致的这类错误，有时是某个库的 jar 包缺失引发这类错误。NoClassDefFoundError 表示这个类在编译时期存在，但是在运行时却找不到此类，有时静态初始化块也会导致 NoClassDefFoundError 错误。 >ClassLoader 是类路径装载器，在Java 中，类路径装载器一共有三种两类 > >一种是虚拟机自带的 ClassLoader，分为三种 > >* `启动类加载器(Bootstrap)` ，负责加载 $JAVAHOME/jre/lib/rt.jar >* `扩展类加载器(Extension)`，负责加载 $JAVAHOME/jre/lib/ext/*.jar >* `应用程序类加载器(AppClassLoader)`，加载当前应用的 classpath 的所有类 > >第二种是用户自定义类加载器 > >* Java.lang.ClassLoader 的子类，用户可以定制类的加载方式。  另一方面，ClassNotFoundException 与编译时期无关，当你尝试在运行时使用反射加载类时，ClassNotFoundException 就会出现。 简而言之，ClassNotFoundException 和 NoClassDefFoundError 都是由 CLASSPATH 中缺少类引起的，通常是由于缺少 JAR 文件而引起的，但是如果 JVM 认为应用运行时找不到相应的引用，就会抛出 NoClassDefFoundError 错误；当你在代码中显示的加载类比如 `Class.forName()` 调用时却没有找到相应的类，就会抛出 `java.lang.ClassNotFoundException`。 * NoClassDefFoundError 是 JVM 引起的错误，是 unchecked，未经检查的。因此不会使用 try-catch 或者 finally 语句块；另外，ClassNotFoundException 是受检异常，因此需要 try-catch 语句块或者 try-finally 语句块包围，否则会导致编译错误。 * 调用 **Class.forName()、ClassLoader.findClass() 和 ClassLoader.loadClass()** 等方法时可能会引起 `java.lang.ClassNotFoundException`，如图所示  * NoClassDefFoundError 是链接错误，发生在链接阶段，当解析引用找不到对应的类，就会触发；而 ClassNotFoundException 是发生在运行时的异常。 文章参考： https://www.java67.com/2012/12/noclassdeffounderror-vs-classnotfoundexception-java.html 《极客时间-Java核心技术 36 讲》 《深入理解 Java 虚拟机》第二版 《Effective Java 第三版》 https://www.cnblogs.com/xiohao/p/3547443.html https://blog.csdn.net/qq_29229567/article/details/80773970 https://blog.csdn.net/riemann_/article/details/87522352 《Java编程思想》 https://www.cnblogs.com/xz816111/p/8466048.html https://docs.oracle.com/javase/specs/jls/se9/html/jls-11.html#jls-11.1.1 jdk 1.8 源码注释